JP4482781B2 - 撮像装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置および方法に関し、特に、動画のように時々刻々と光量が変化する画像を正確に撮像できるようにした撮像装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
CCD(Charged Coupled Device)イメージセンサを用いた撮像装置が一般に普及しつつある。
【0003】
CCDイメージセンサは、固体撮像素子であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラといった撮像機器に用いられている。このCCDイメージセンサを用いた撮像機器は、FA(Factory Automation)における部品検査装置や、ME(Medical Electronics)における電子内視鏡といった光学計測装置に幅広く利用されている。
【0004】
図1は、従来の撮像装置におけるインターライン方式のCCDイメージセンサの電気的構成を示す図である。
【0005】
第1相電源1、第2相電源2、および、第3相電源3は、各々第1相電極4a乃至4d(以下、これらをここに区別する必要がない場合、単に、第1相電極4と称する。他の装置についても同様とする)、第2相電極5a乃至5d、および、第3相電極6a乃至6dを介して、垂直転送CCD(垂直転送レジスタ)7a,7bに転送パルス(駆動電圧)を供給する。また、第2相電源2は、垂直転送CCD7a,7bに、PD(Photo Diode:フォトダイオード)8a乃至8hに蓄積された電荷の読み出しを指令する読出しパルス(駆動電圧)を供給する。
【0006】
PD8は、映像を構成する光を光電変換して電荷を蓄積する。PD8に蓄積された電荷は、第2相電源2から供給される読出しパルスに応じて、垂直転送CCD7a,7bに読み出される。尚、図1において、PD8は、説明の関係上4行×2列に配列された場合を示しているが、実際には、PD8は、水平方向、および、垂直方向に対してもっと多くの数だけ配列されている。
【0007】
垂直転送CCD7a,7bには、各PD8に対して、3つのポリシリコン電極が配置され、これが各PD8から読み出した電荷を蓄積するレジスタとして機能する。また、このポリシリコン電極は、垂直方向にセル状に連結されており、第1相電極4、第2相電極5、および、第3相電極6より供給される転送パルスにより、ポリシリコン電極上に蓄積した電荷を、順次、図中下方向に連結されたポリシリコン電極に転送して、垂直転送CCD7の端部に接続された水平転送CCD9に出力する。このとき、垂直転送CCD7は、各PD8より出力された電荷が混ざり合わないよう制御しながら、水平転送CCD9に出力する。
【0008】
第1相電極4、第2相電極5、および、第3相電極6は、図中水平方向に配置されている。このため、例えば、第2相電極5aより供給される読出しパルスに基づいて、水平方向に並んでいるPD8a,8eに蓄積された電荷は、同期したタイミングで垂直転送CCD7a,7bに読み出されることになる。すなわち、PD8は、水平方向に伸びるように配置された各電極に共通に接続されているので、水平方向に並ぶPD8の電荷は、同期したタイミングで(同時に)垂直転送CCD7に読み出される。また、垂直転送CCD7a,7bが各PD8より出力された電荷を水平転送CCD9に転送する際の転送パルスも、第1相電極4a乃至4d、第2相電極5a乃至5d、および、第3相電極6a乃至6d毎に、水平方向に対して同期したタイミングで供給される。
【0009】
水平転送CCD9は、駆動電源10a,10bにより供給される転送パルスにより駆動され、垂直転送CCD7a,7bより転送されてきた、各PD8より読み出された電荷を出力端子11に出力する。
【0010】
ところで、上述のCCDイメージセンサを用いて、ダイナミックレンジを向上させるため、異なる感度のPD8を利用して画像を撮像し、合成させる手法が提案されている。
【0011】
第1の手法として、光学的に複数の透過率の異なる光軸に分岐させた入射光をそれぞれの光軸上に配置させたCCDイメージセンサで計測することが、特開平8−223491、特開平7−254965、特開平7−254966、特開平8−340486、特開平10−069011、または、U.S. Patent 5801773に記載されている。
【0012】
また、第2の手法として、1つのCCDイメージセンサを用いて、露光時間を分割し、異なる時刻で、かつ、異なる時間幅で、複数枚の画像を撮像した後、それらを合成する手法が、特開平8−331461、特開平7−254965、U.S. Patent 5420635、U.S. Patent 5455621、特開平6−141229、U.S. Patent 5801773、U.S. Patent 5638118、または、U.S. Patent 5309243に記載されている。
【0013】
ここで、図2を参照して、第2の手法を用いた発明について説明する。尚、図2(A)は、図示せぬシャッタの開放タイミングを示しており、Highのとき、シャッタが開いた状態(各PD8が露出された状態)を示している。図2(B)は、基板電圧制御信号のパルスを示しており、Highのとき、全てのPD8上に蓄積された電荷は基板に開放されて、電荷が掃出される。図2(C)は、第2相電源2から第2相電極5を介して各PD8に出力される読出しパルスを示しており、この読出しパルスによりPD8に蓄積された電荷が、垂直転送CCD7に読み出される。図2(D)は、各PD8に蓄積される電荷量を示している。尚、ここでは、受光される光の強度は、一定であるものとする。
【0014】
図2(B)に示すように時刻taで基板電圧制御信号が印加されると、PD8の電荷量はゼロとなり、同時に、図2(A)に示すように、シャッタが開き、露出が開始されるので、各PD8は電荷の蓄積を開始する。図2(C)に示すように、時刻tbの直前で、読出しパルスが入力されると、時刻ta乃至tb間で、PD8に蓄積された電荷が、垂直転送CCD7に読み出され、さらに、図2(B)に示すように、時刻tbの直後に入力された基板電圧制御信号のパルスにより、PD8に蓄積された電荷は掃出され蓄積された電荷はゼロに戻る。そして、PD8は、再び電荷の蓄積を開始する。時刻tcの直前において、図2(C)に示すように読出しパルスが入力されると、時刻tb乃至tcの間にPD8に蓄積された電荷が、垂直転送CCD7に読み出される。このとき、図2(A)に示すように露出が終了する。
【0015】
一回の露出期間における時刻ta乃至tbの期間を第1の撮像期間とし、時刻tb乃至tcの期間を第2の撮像期間とすれば、上記の発明では、この第1の撮像期間は、第2の撮像期間の数倍乃至数十倍の長さとなるように設定されており、これらの2回の撮像期間により撮像された画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い撮像が可能であるとされている。
【0016】
ところで、図3(A)に示すように物体15aが、図中の物体15bの位置まで左方向に移動するシーンを撮像するとき、理想的には、図3(B)に示すように画像がぶれて撮像されることになる。この撮像を上記の手法を用いて行うと、第1の撮像期間では、図4(A)に示すように、時刻ta乃至tbの期間に移動する、物体15aから物体15cまでの映像が撮像され、図4(B)に示すような画像が撮像されることになる。また、第2の撮像期間においては、図5(A)に示すように、時刻tb乃至tcの期間に移動する、物体15cから物体15bまでの映像が撮像され、図5(B)に示すような画像が撮像されることになる。
【0017】
結果として、図4(B)に示した画像と、図5(B)に示した画像が合成されて、図3(B)の画像が得られることになる。これが、第2の手法を用いた発明の原理である。
【0018】
さらに、第3の手法として、1つのCCDイメージセンサを用いて、CCDイメージセンサの各受光素子の感度を異なるようにして撮像した後、複数の異なる感度の受光素子で計測された信号を合成させる手法が、U.S. Patent 5789737、特開昭59−217358、または、U.S. Patent 5420635に記載されている。これらにおいては、1つのCCDイメージセンサ内の受光素子の感度を変える手段として、各受光素子上に透過率の異なるフィルタを張る方法が提案されている。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、受光素子により蓄積された電荷を読み出す読出し手段と、受光素子が光を受光している期間に、任意のタイミングで、受光素子により蓄積された電荷を、読出し手段に読み出させるように制御する制御手段と、全ての受光素子により蓄積された電荷を掃出す掃出し手段とを備え、制御手段は、受光素子が光を受光している期間に、受光素子により蓄積された電荷を、任意のタイミングで読み出すように読出し手段を制御して、かつ、その直後のタイミングで全ての受光素子により蓄積された電荷を掃出させるように掃出し手段を制御するか、または、受光素子により蓄積された電荷を、任意のタイミングで、読み出すように読出し手段を制御することを特徴とする。
【0026】
前記制御手段には、隣接する受光素子の組について、相互に任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、受光素子が光を受光している期間を分割し、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷を、読出し手段に読み出させるように制御させるようにすることができる。
【0027】
前記読出し手段により読み出された電荷を、垂直方向に転送する垂直転送手段をさらに設けるようにすることができ、制御手段には、垂直転送手段による電荷の転送を停止させるように制御させ、かつ、受光素子毎に、受光素子が光を受光している期間を、任意の時間の組み合わせとなるように分割させ、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷を、読出し手段に読み出させるように制御させるようにすることができる。
【0028】
前記読出し手段により読み出された電荷を、垂直方向に転送する垂直転送手段をさらに設けるようにさせることができ、制御手段には、受光素子が光を受光している期間に、垂直転送手段による電荷の転送を停止させ、受光素子により蓄積された電荷を、任意のタイミングで読み出すように読出し手段を制御させて、かつ、その直後のタイミングで全ての受光素子により蓄積された電荷を掃出させるように掃出し手段を制御させるか、または、受光素子が光を受光している期間に、垂直転送手段による電荷の転送を停止させ、受光素子により蓄積された電荷を、任意のタイミングで、読み出すように読出し手段を制御させるようにすることができる。
【0029】
本発明の撮像方法は、受光素子により蓄積された電荷を読み出す読出しステップと、受光素子毎に、受光素子が光を受光している期間を、任意の時間の組み合わせとなるように分割し、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷を、読出しステップの処理で読み出させるように制御する制御ステップとを含を含み、制御ステップの処理は、隣接する受光素子の組について、相互に任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、受光素子が光を受光している期間を分割し、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷を、読出しステップの処理で読み出させるように制御することを特徴とする。
【0030】
本発明の撮像装置および方法においては、受光素子が光を受光している期間が、任意の時間の組み合わせとなるように分割され、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷が、読み出されるように制御され、隣接する受光素子の組について、相互に任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、受光素子が光を受光している期間が分割され、分割された期間毎に、受光素子により蓄積された電荷が、読み出されるように制御される。
【0031】
【発明の実施の形態】
図6は、本発明に係るデジタルスチルカメラの一実施の形態の構成を示す図である。図示せぬ被写体からの光Lは、シャッタ21、および、レンズ22を透過し、絞り23により調整されて、適度な明るさでCCDイメージセンサ24に入射する。このとき、レンズ22は、図示せぬ被写体からの光Lからなる映像が、CCDイメージセンサ24上で結像されるように焦点位置を調整する。
【0032】
CCDイメージセンサ24は、複数の受光素子(後述する図18のPD8)により構成されており、レンズ22および絞り23を介して入射された光Lを光電変換し、映像を電気信号に変換して、後段のCDS回路(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング回路)25に出力する。
【0033】
CDS回路25は、CCDイメージセンサ24より入力される信号を基準信号と比較し、その差電圧をサンプリングし、これを映像信号としてA/D変換回路(Analog/Digital変換回路)26に出力する。A/D変換回路26は、CDS回路25より入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、DSP(Digital Signal Processor)27に出力する。
【0034】
DSP27は、CPU(Central Processing Unit)34により制御され、A/D変換回路26より入力された信号を所定の映像データに変換し、D/A変換回路(Digital/Analog変換回路)30、または、CODEC(Coder Decoder)28に出力する。また、DSP27は、CODEC28より入力された映像データをD/A変換回路30に出力する。CODEC28は、DSP27より入力された映像データを所定の方法でコーディングし、メモリ29に記憶させると共に、メモリ29に記憶されているデータを読み出し、デコードしてDSP27に出力する。
【0035】
D/A変換回路30は、DSP27より入力された映像データのデジタル信号をアナログ信号に変換し、ビデオエンコーダ31に出力する。ビデオエンコーダ31は、D/A変換回路30より入力されたアナログ信号の映像データを所定のビデオ信号に変換し、ビデオモニタ32に出力し、映像を表示させる。
【0036】
CPU34は、デジタルスチルカメラのバス33に接続されたDSP27、CODEC28、メモリ29、絞りコントローラ35、および、タイミングジェネレータ36を制御している。
【0037】
絞りコントローラ35は、DSP27に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値がCPU34により設定され、その制御値に従って絞り23を制御する。具体的には、CPU34がDSP27に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、その平均値があらかじめ定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り23の制御値を設定する。
【0038】
タイミングジェネレータ36は、CPU34により制御され、CCDイメージセンサ24、CDS回路25、A/D変換回路26、および、DSP27の動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、供給する。操作部36は、ユーザが、デジタルスチルカメラを動作させるとき操作され、図7に示すような構成となっている。
【0039】
図7に示すように、操作部36のキャプチャボタン41は、プッシュボタンで構成され、静止画を撮像するとき、ユーザにより押下される。アクションモード切替スイッチ42は、アクションモードを設定するための上下にスライドする切替スイッチであり、図中上段から“record”、“off”、および、“play”の文字が表示されており、セットされた位置のアクションモードに設定される。今の場合、アクションモード切替スイッチ42は、“off”の位置にセットされている。尚、アクションモードについては、後述する。
【0040】
露出モード切替スイッチ43は、露出モードを切替えるスイッチであり、図中上段から“SVE(Spatially Varying Exposure)”、および、“normal”の文字が表示されており、スイッチがセットされた位置の露出モードに設定される。今の場合、露出モード切替スイッチ43は、“normal”の位置にセットされている。尚、露出モードについては、後述する。
【0041】
次に、図8乃至図14を参照して、各アクションモードと、アクションモード毎のデジタルスチルカメラの動作について説明する。図7に示すように、アクションモード切替スイッチ42が、“off”の位置にセットされているとき、アクションモードは、図8の状態遷移図の「off状態」となっており、デジタルスチルカメラは停止した状態になっている。
【0042】
この状態から、アクションモード切替スイッチ42が、上方向にスライドされて、図9に示すように“record”の位置にセットされると、アクションモードは、図8の番号1に示すように、「off状態」から「モニタ状態」に遷移する。
【0043】
「モニタ状態」のとき、デジタルスチルカメラは、図10に示すように、CPU34が、タイミングジェネレータ36を制御してドラフト読出用のタイミングパルスを出力させる。これに基づいて、CCDイメージセンサ24、CDS回路25、A/D変換回路26、DSP27は、シャッタ21、レンズ22、および、絞り23を透過した光Lからなる映像を、画像信号としてドラフト読出しし、D/A変換回路30に出力する。D/A変換回路30は、入力された画像信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、ビデオエンコーダ31に出力する。さらに、ビデオエンコーダ31は、入力されたアナログ信号をビデオ信号に変換し、ビデオモニタ32に表示させる。また、同様にして、アクションモード切替スイッチ42が、“off”の位置に戻されると、図8の番号2に示すように「モニタ状態」から「off状態」に戻る。
【0044】
尚、ドラフト読出しについては、後述する。また、図10においては、「モニタ状態」で、デジタルスチルカメラの動作に関与している回路は、実線で示されており、直接動作に関与していない回路は、点線で示されている。以下の説明においても同様に図示が行われる。
【0045】
アクションモード切替スイッチ42が、“record”の位置にセットされた状態で、すなわち、図8中の「モニタ状態」のとき、図11に示すようにキャプチャボタン41が押下されると、図8の番号3に示すように、「モニタ状態」から「キャプチャ状態」に状態が遷移する。
【0046】
「キャプチャ状態」のとき、デジタルスチルカメラは、図12に示すように、CPU34が、タイミングジェネレータ36を制御して全画素読出用のタイミングパルスを出力させる。これに基づいて、CCDイメージセンサ24、CDS回路25、A/D変換回路26、DSP27は、レンズ22、および、絞り23を透過した光Lからなる映像を、1フレーム分だけ全画素読出しし、DSP27によりガンマ補正等の処理が施された後、CODEC28に出力する。CODEC28は、DSP27より入力された1フレーム分の画像データを所定の形式で圧縮符号化し(コーディングし)、メモリ29に記憶させる。さらに、「キャプチャ状態」は、この画像データがメモリ29に書き込まれた時点で終了し、図8の番号4に示すように、「キャプチャ状態」から「モニタ状態」に戻る。
【0047】
「モニタ状態」で、ユーザが、アクションモード切替スイッチ42を操作して、図13に示すように、“play”の位置にセットすると、デジタルスチルカメラは、図8中の番号5に示すように「モニタ状態」から「再生状態」に遷移する。同様にして、「off状態」で、ユーザが、アクションモード切替スイッチ42を操作して、“play”の位置にセットしても、デジタルスチルカメラは、図8中の番号7に示すように「off状態」から「再生状態」に遷移する。
【0048】
「再生状態」のとき、デジタルスチルカメラは、図14に示すように、CPU34がタイミングジェネレータ36を停止させて、CCDイメージセンサ24からの読出しを停止させる。さらに、CPU34は、CODEC28を制御して、メモリ29に記憶されている画像データを読み出して、復号処理させた後、DSP27に出力させる。DSP27は、CPU34により制御されて、CODEC28から出力された画像データをビデオ信号のフォーマットに合せるためのダウンサンプリング処理を施し、D/A変換回路30に出力する。D/A変換回路30は、DSP27より入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、ビデオエンコーダ31に出力する。ビデオエンコーダ31は、D/A変換回路30より入力されたアナログ信号をビデオ信号に変換し、ビデオモニタ32に表示させる。
【0049】
もちろん、「再生状態」のときに、ユーザが、アクションモード切替スイッチ42を操作して、“record”の位置にセットすると、デジタルスチルカメラは、図8中の番号6に示すように「再生状態」から「モニタ状態」に遷移し、また、同様に、“off”の位置にセットすれば、図8中の番号8に示すように「再生状態」から「off状態」に遷移する。
【0050】
次に、図15を参照して、露出モードについて説明する。露出モードは、上記の「キャプチャ状態」の時に有効な、CCDイメージセンサ24の露出状態を設定するもので、アクションモードとは独立に設定されるモードである。露出モードには、「Normalモード」と「SVEモード」の2つのモードがある。「Normalモード」は、CCDイメージセンサ24の各受光素子(後述する図18のPD8)の露出時間を全て一定にする(全ての受光素子の感度を一定にする)露出モードである。これに対して、「SVEモード」は、各受光素子の露出時間を、受光素子毎に、いくつかのパターンで変化させる露出モードである。
【0051】
図7に示すように、ユーザが、露出モード切替スイッチ43を操作して、“normal”の位置にセットすると、露出モードは、図15の「Normalモード」にセットされる。また、図7に示す露出モード切替スイッチ43が、図中下方向にスライドされて、“SVE”の位置にセットされると、図15の番号21に示すように、露出モードは「SVEモード」に遷移する。同様に、「SVEモード」のとき、露出モード切替スイッチ43が、図7に示すように“normal”の位置に戻されると、番号22に示すように、露出モードは、「SVEモード」から「Normalモード」に遷移する。
【0052】
次に、図16を参照して、CCDイメージセンサ24の電極構成の詳細について説明する。尚、図16以降の図面の説明においては、従来の場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【0053】
第1相電極4(図中破線で表示)、および、第2相電極5(図中点線で表示)は、水平方向に伸びるように配置されており、さらに、第2相電極5は、転送ゲート61に接続されている。すなわち、図中、例えば、第1相電極4aと第2相電極5aは、PD8a,8e,8iを上下から挟み込むように水平方向に配置されている。また、同様にして、第1相電極4bと第2相電極5bは、PD8b、8f、8jを上下から挟み込むように水平方向に配置されている。
【0054】
第3相電極6(図中実線で表示)は、垂直方向に伸びるように配置され、垂直方向に並ぶPD8の転送ゲート61に接続されている。すなわち、例えば、第3相電極6aは、垂直方向に並ぶPD8e,8f,8g,8hの転送ゲート61a,61b,61c,61dに接続されている。第2相電極5は、第3相電極6との交差部分に上方向に突出する凸部が設けられており、その一部分が転送ゲート61に接触するように構成されている(接続されている)。
【0055】
図17は、図16に示されているCCDイメージセンサ24の線分AA'で示される部分の図16中左側面方向から見た断面を示している。図17に示すように、第2相電極5は、側面から見ると階段状の形状をしており、図16中の上下方向で(図17中の左右方向で)段差のある構造となっている。第2相電極5の図16中の下方(図17中の右方)では、第2相電極5の下層に第1相電極4が配置されている。さらに、図17中の垂直方向(厚さ方向)に対して、第1相電極5と第2相電極6を覆うように、最上層として第3相電極6が設けられている。
【0056】
転送ゲート61は、第2相電極5または第3相電極6から印加される読出しパルスに基づいて、PD8で、光電変換されて蓄積された電荷を垂直転送CCD7に送り出す。図16に示すように、転送ゲート61は、PD8との接合面に対して垂直方向に、第2相電極5と第3相電極6によって、分割される構造となっている。このため、転送ゲート61は、第2相電極5、または、第3相電極6のいずれか一方から、電荷読出しパルスが印加されるとPD8の電荷を垂直転送CCD7に転送する。図16に示すように、第2相電極5、または、第3相電極6のいずれか一方から電荷読出しパルスが印加されたときに、PD8の電荷が垂直転送CCD7出力されるCCDイメージセンサ24は、以下の説明において、特にOR型CCDイメージセンサと呼ぶものとする。
【0057】
これに対して、図18に示すように、転送ゲート61上でPD8との接合面に平行に、第2相電極5と第3相電極6によって分割される構造となっている場合、転送ゲート61は、第2相電極5と第3相電極6の両電極から読出しパルスが印加されたときにのみPD8の電荷を垂直転送CCD7に転送させる。図18に示されたように、第2相電極5、および、第3相電極6の両電極から電荷読出しパルスが印加されたときにPD8の電荷を出力させるCCDイメージセンサは、特に、AND型CCDイメージセンサと呼ぶものとする。
【0058】
次に、CCDイメージセンサ24のドラフト読出しと全画素読出しについて説明する。CCDイメージセンサ24の各PD8の電荷の読出し方法には、上記のようにドラフト読出しと全画素読出しがあり、全画素読出しは、CCDイメージセンサ24の全てのPD8で受光し、蓄積された電荷を出力させるものである。これに対して、ドラフト読出しは、全てのPD8の中の一部から電荷を出力させるものである。
【0059】
図19は、ドラフト読出しをするときのCCDイメージセンサ24の電気的構成を示している。基本的には、図1の構成と同様であるが、従来の構成と異なるのは、第2相電源2が、第2相電源2a,2bの2つに分けられており、第2相電源2aは、第2相電極5cに接続され、第2相電源2bは、第2相電極5a,5b,5dに接続されている。すなわち、第2相電源2aと第2相電源2bは、1:3の比率で第2相電極5に接続されている。尚、図19においては、第2相電源2が、物理的に、第2相電源2aと第2相電源2bの2つに分けられているように表示されているが、実際には、各電極への読出しパルスの印加タイミングが上記の構成となるように制御される。
【0060】
CCDイメージセンサ24が上述のOR型(図16のような構成)であるとき、第2相電源2a(第2相電極5c)のみが、読出しパルスを出力すると、全PD8のうち、対応するライン上のPD8c,8gのみから電荷が出力されることになる。従って、このとき、CCDイメージセンサ24の全体のPD8の1/4から、電荷が出力されることになるので、垂直転送CCD7の転送速度は4倍となり、高速処理を実現させることができる。
【0061】
このドラフト読出しは、上述のように「モニタ状態」において使用されるモードである。このときデジタルスチルカメラは、ビデオモニタ32に、CCDイメージセンサ24により撮像される被写体を表示させるだけなので(記録させないので)、CCDイメージセンサ24の全体のPD8の1/4の電荷から画像を構成することで、画質は低下するが、被写体の映像を高速で表示させることが可能となる。
【0062】
また、CCDイメージセンサ24が上述のAND型(図18のような構成)である場合、第2相電源2aと第3相電源3の両方が読出しパルスを出力すると、OR型CCDイメージセンサ24と同様に、やはり、対応するラインのPD8c,8gからのみ電荷が出力されることになる。
【0063】
次に、全画素読出しについて説明する。全画素読出しは、さらに、NormalモードとSVEモードの2つの露出モードによりその動作が分けられる。Normalモードの全画素読出しは、上述のように従来のCCDイメージセンサにより実行されてきた読出し方式と同様の読出し方式である。すなわち、この方式は、図8における「キャプチャ状態」のとき、CCDイメージセンサ24の全てのPD8に対して、一定の露光時間により蓄積される電荷を読み出す方式である。
【0064】
これに対して、露出モードが、SVEモードである場合の全画素読出しでは、各PD8の露出時間がいくつかのパターンに分けて受光され、それぞれの露光時間に基づいた電荷が読み出される。
【0065】
図20は、SVEモードのときのCCDイメージセンサ24の電気的構成を示している。SVEモードにおいても、基本的には、図1の構成と同様であるが、従来の構成と異なるのは、第2相電源2が、第2相電源2a,2b,2cの3相に分けられており、さらに、第3相電源3も、第3相電源3a,3bの2相に分けられていることである。
【0066】
図20に示すように、第2相電源2aは、第2相電極5cに、第2相電源2bは、第2相電極5aに、第2相電源2cは、第2相電極5b,5dにそれぞれ接続されている。また、第3相電源3aは、第3相電極6a,6b,6c、および、6dに、第3相電源3bは、第3相電源3aが接続されている第3相電極6a,6b,6c、および、6dの列に隣接する列の第3相電極6a',6b',6c'、および、6d'に、それぞれ接続されている。
【0067】
このように接続されることにより、第2相電極2に接続されるPD8を水平方向に対して1行おきに制御することができると共に、第3相電極3に接続されるPD8を垂直方向に1列おきに制御することが可能となる。このため、PD8の露出時間をいくつかのパターンに変化させて、蓄積された電荷を垂直転送CCD7に出力させることが可能となる。
【0068】
次に、図21のタイミングチャートを参照して、アクションモード切替スイッチ42が、“record”の位置にセットされて、かつ、露出モード切り替えスイッチ43が“normal”の位置にセットされた状態で、キャプチャボタン41が押下されたときのCCDイメージセンサ24の動作を説明する。
【0069】
ここで、図21(A)は、図8に対応する状態を示しており、図21(B)は、CCDイメージセンサ24の動作内容を示している。図21(C)は、キャプチャボタン41が押下されたタイミングを示している。図21(D)は、タイミングジェネレータ36から出力された垂直同期パルスを示している。図21(E)は、基板電圧制御信号(リセットパルス)を示しており、Highが、リセットパルスが印加された状態を示している。図21(F)は、シャッタ21の開閉タイミングを示しており、Highはシャッタが開いた状態を示し、Lowはシャッタが閉じた状態を示している。図21(G)乃至図21(L)は、第1相電源1、第2相電源2a,2b,2c、第3相電源3a,3bから出力される読出しパルス、および、転送パルスを示している。なお、基準位置より高い信号(上方に示される信号)が読出しパルスを示し、基準位置より低い信号(下方に示される信号)が転送パルスを示している。図21(M)は、CCDイメージセンサ24から画像データが出力されるタイミングを示している。
【0070】
時刻t0において、ユーザが、アクションモード切替スイッチ42を操作して、“record”の位置にセットすると、デジタルスチルカメラは、図8の「モニタ状態」に入り、同時に、ドラフト読出しが始まる。このとき、図21(D)に示すように、読み込まれる画像の1フレームに対応するタイミングで、垂直同期パルスが、時刻t0,t12,t14において、タイミングジェネレータ36より出力される。また、同時に、図21(G)乃至図21(L)に示すように、第1相電源1、第2相電源2a,2b,2c、第3相電源3a,3bから転送パルスが出力される。また、図21(E),図21(H)に示すように、この垂直同期パルスに同期して、基板電圧制御信号と、第2相電極2aからの読出しパルスが出力される。基板電圧制御信号は、タイミングジェネレータ36から出力される信号である。この基板電圧制御信号が、出力されている間(例えば、時刻t0乃至t31)は、PD8で生じた(光電変換された)電荷は、基板方向に開放されるように制御されるので、蓄積されない状態となる(蓄積された電荷がリセットされる)。この基板電圧制御信号により、撮像される映像の各フレーム毎に一定の期間だけPD8が電荷を蓄積するように制御される。
【0071】
図22は、図21(A)の「モニタ状態」の期間を拡大して表示したものである。ここで、図22(A)は、図8に対応するデジタルスチルカメラの状態を示しており、図22(B)は、CCDイメージセンサ24の動作内容を示している。図22(C)は、タイミングジェネレータ36から出力された垂直同期パルスを示している。図22(D)は、タイミングジェネレータ36から出力された水平同期パルスを示している。図22(E)は、基板電圧制御信号を示している。図22(F)は、シャッタ21の開閉タイミングを示している。図22(G)乃至図22(L)は、第1相電源1、第2相電源2a,2b,2c、第3相電源3a,3bから出力される読出しパルス、および、転送パルスを示している。図22(M)は、CCDイメージセンサ24から画像データが出力されるタイミングを示している。
【0072】
図22(H)に示すように、ドラフト読出しの場合、電荷読出しパルスは、垂直同期パルスに同期して第2相電極2aにのみ供給される。従って、CCDイメージセンサ24は、図19に示す構造となるので、例えば、時刻t11のタイミングで供給される。読出しパルスにより、CCDイメージセンサ24の総水平ライン数の1/4のライン上のPD8から電荷が垂直転送CCD7に出力される。水平転送CCD9の駆動を制御する水平同期パルスは、図22(D)に示すように、垂直同期パルスが出力された直後の時刻(例えば、時刻t11)から出力され、1フレームの間に総水平ライン数の1/4の数だけ出力される。垂直転送CCD7を駆動する各相の電荷転送パルスは、水平同期パルスの1つのインターバルにおいて、4回出力される。
【0073】
図22(M)に示すように、CCDイメージセンサ24からの信号出力は、最初の水平ラインのPD8の転送が終了した直後(例えば、時刻t41=時刻t62)から開始され、次の垂直転送パルスの直前の時刻(例えば、時刻t12)に終了する。すなわち、例えば、時刻t11において、PD8から出力された、垂直方向に1/4に間引きされた電荷は、4ライン分に転送され、その直後から高速水平転送され、さらに、この処理が水平同期パルスの数(総水平ラインの1/4)だけ繰り返される。このような処理により、時刻t41乃至時刻t62間に、全画素数に対して1/4に間引きされた1フレーム分の画像データが出力され、さらに、この処理が繰り返される。
【0074】
次に、図23は、図21の「キャプチャ状態」の期間を拡大して表示したタイミングチャートである。ここで、図23(A)は、図8に対応する状態を示しており、図23(B)は、CCDイメージセンサ24の動作内容を示している。図23(C)は、キャプチャボタン41が押下されたタイミングを示している。図23(D)は、タイミングジェネレータ36から出力された垂直同期パルスを示している。図23(E)は、タイミングジェネレータ36から出力された水平同期パルスを示している。図23(F)は、基板電圧制御信号を示している。図23(G)は、シャッタ21の開閉タイミングを示している。図23(H)乃至図23(M)は、第1相電源1、第2相電源2a,2b,2c、第3相電源3a,3bから出力される読出しパルス、および、転送パルスを示している。図23(N)は、CCDイメージセンサ24から画像データが出力されるタイミングを示している。
【0075】
「キャプチャ状態」は、図23(C)に示すように、キャプチャボタン41が押下されたことを示すパルスが終了する時刻t2から開始される。「キャプチャ状態」では、「掃出し動作」、「露出動作」、および、「全画素読出し動作」が順次実行されることになる。「掃出し動作」は、PD8に蓄積された電荷と、垂直転送CCD7、および、水平転送CCD9に蓄積されている電荷(ドラフト読出し中に転送していた電荷)を全て放出する動作であり、図23(F)に示すように、時刻t16(=t2)乃至t33において、基板電圧制御信号が印加されて、PD8の蓄積電荷が基板に開放されると共に、図23(H)乃至図23(M)に示すように垂直転送CCD7、および、水平転送CCD9で転送中の電荷を全て掃出させる。
【0076】
「露出動作」は、図23(F)に示すように、「掃出し動作」が終了する時刻t33から開始される。このとき、基板電圧制御信号がLowの状態になることにより、PD8は電荷の蓄積を開始する。タイミングジェネレータ36は、CCDイメージセンサ24へのパルスの出力を停止するように制御されるので、図23(H)乃至図23(M)に示すように、第1相電源1、第2相電源2a,2b,2c、第3相電源3a,3bから読出しパルス、および、転送パルスが出力されない。このため、垂直転送CCD7は、電荷の転送を停止する(「掃出し動作」で電荷が掃出されているので垂直転送CCD7上には電荷は無い)。また、「露出動作」は、図23(G)に示すように、予め設定されたタイミングでシャッタが閉じる状態まで継続される。
【0077】
「全画素読出し動作」は、図23(G)に示すように、シャッタが閉じたタイミングから開始される。また、シャッタが閉じるタイミングに対応して、時刻t81において、PD8の読出しパルスが、第2相電極2a,2b,2cより、全てのPD8に対して、同時に出力される(OR型の場合)(AND型の場合は、第3相電極3a,3bからも読出しパルスが出力される)。これを受けて、PD8は、蓄積していた電荷を垂直転送CCD7に出力する。また、基板電圧制御信号がHighの状態となるので、PD8には、新たに電荷が蓄積されない状態になる。
【0078】
この状態で、シャッタが閉じる時刻t18より、第1相電源1、第2相電源2a,2b,2c、第3相電源3a,3bは、PD8の水平ラインの数だけ、転送パルスを出力し、垂直転送CCD7にPD8から出力された電荷を順次水平転送CCD9に転送させる。尚、第1相電極1、第2相電極2a,2b,2c、第3相電源3a,3bから出力する転送パルスが、図23(H)に示すように、第1相電極の最初の立上りパルスが、時刻t71に立上り、図23(I),図23(J),図23(K)に示すように、第2相電極2a,2b,2cの立下りパルスが、時刻t82(=時刻t91=時刻t101)に立下り、図23(L)に示すように、第3相電極3a,3bの立上りパルスが、時刻t111(=時刻t121)に立上っているように、パルスにずれが存在するのは、垂直転送CCD7に電荷を転送させるためである。また、CCDイメージセンサ24の出力は、図23(N)に示すように、シャッタが閉じられた時刻t19から開始される。
【0079】
次に、アクションモード切替スイッチ42が、“record”の位置にセットされて、かつ、露出モード切り替えスイッチ43が“SVE”の位置にセットされた状態で、キャプチャボタン41が押下されたときのCCDイメージセンサ24の動作を説明する。
【0080】
基本的な動作は、上述の露出モードが“normal”に設定されたときの動作と同様であるが、露出動作のみが異なるので、ここでは、露出モードがSVEモードの場合の露出動作について説明する。
【0081】
図24を参照して、CCDイメージセンサ24が、OR型であるときのSVEモードの「露出動作」について説明する。ここで、図24(A)は、CCDイメージセンサ24の動作内容を示している。図24(B)は、タイミングジェネレータ36から出力された垂直同期パルスを示している。図24(C)は、タイミングジェネレータ36から出力された水平同期パルスを示している。図24(D)は、基板電圧制御信号を示している。図24(E)は、シャッタ21の開閉タイミングを示している。図24(F)乃至図24(K)は、第1相電源1、第2相電源2a,2b,2c、第3相電源3a,3bから出力される読出しパルスと転送パルスを示している。尚、以下の説明においては、説明の便宜上、露出動作の期間を水平同期パルス16個分とする。また、1個のPD8が、水平同期パルスの1個のインターバルの間に蓄積できる電荷量を1Qと表すものとする(ただし、露出動作中に受光される光強度は変化しないものとする)。
【0082】
露出動作が、時刻t33において、開始されると、全てのPD8で電荷の蓄積が開始される。図25は、PD8毎の電荷量を示している。ここで、図25(A)は、CCDイメージセンサ24の動作内容を示している。図25(B)は、タイミングジェネレータ36から出力された垂直同期パルスを示している。図25(C)は、タイミングジェネレータ36から出力された水平同期パルスを示している。図25(D)は、基板電圧制御信号を示している。図25(E)は、PD8a乃至8d、図25(F)は、PD8e乃至8hがそれぞれ蓄積している電荷量を示している。尚、図中の太実線で示す電荷量が、各PD8が、垂直転送CCD7に出力される電荷量を示している。
【0083】
図24(K)に示すように、2個目の垂直同期パルスが出力される時刻t131の直前に、第3相電源3bから読出しパルスを出力させると、第3相電極6a'乃至6d'に接続されたPD8e乃至8hから電荷が出力されるとともに、第3相電極6a乃至6dに接続された、PD8a乃至8dから電荷が出力される。従って、図25(F)に示すように、2Qの電荷量が、PD8e乃至8hより垂直転送CCD7により読み出される。このとき、転送パルスは、出力されていないので、PD8e乃至8hにより出力された電荷は垂直転送CCD7上のそれぞれのPD8に対応するポリシリコン電極に蓄積される。
【0084】
その後、図24(K)に示すように、4個目、6個目の垂直同期パルスが出力される時刻t132,t133の直前に、上記と同様に第3相電源3bから読出しパルスが出力され、図25(F)に示すように、それぞれ2Qの電荷量が垂直転送CCD7b上に蓄積される。
【0085】
図24(J),図24(K)に示すように、8個目の垂直同期パルスが出力される時刻t134の直前に、第3相電源3a,3bから読出しパルスが出力されて、全てのPD8a乃至8hから蓄積された電荷が垂直転送CCD7に出力される。このとき、PD8a乃至8dは、時刻t33より読出しパルスを受信しなかったので、時刻t33乃至時刻t134の間に蓄積された8Qの電荷を垂直転送CCD7aに出力する。一方、PD8e乃至8hは、電荷2Qを垂直転送CCD7bに出力する。
【0086】
図24(J)に示すように、10個目の垂直同期パルスが出力される時刻t13 5の直前に、第3相電源3bから読出しパルスが出力され、第3相電極6a乃至6dに接続されたPD8a乃至8dから電荷が出力される。従って、図25(E)に示すように、2Qの電荷量が、PD8a乃至8dより垂直転送CCD7により読み出される。このとき、転送パルスは、出力されていないので、PD8a乃至8dにより出力された電荷は垂直転送CCD7上のそれぞれのPD8に対応するポリシリコン電極に蓄積される。
【0087】
その後、図24(J)に示すように、12個目、14個目の垂直同期パルスが出力される時刻t136,t137の直前に、上記と同様に第3相電源3bから読出しパルスが出力され、上記と同様の処理が繰り返される。
【0088】
図24(J),図24(K)に示すように、16個目の垂直同期パルスが出力される時刻t138の直前に、第3相電源3a,3bから読出しパルスが出力されて、全てのPD8a乃至8hから蓄積された電荷が垂直転送CCD7に出力される。このとき、PD8a乃至8dは、電荷2Qを垂直転送CCD7aに出力する。また、PD8e乃至8hは、時刻t134より読出しパルスを受信しなかったので、時刻t134乃至時刻t138の間に蓄積された8Qの電荷を垂直転送CCD7bに出力する。このようにして、時刻t33乃至時刻t38の間に分割して蓄積された電荷は、垂直転送CCD7において全て加算される。このとき、垂直転送CCD7は、PD8の電荷蓄積能力の分割数倍の電荷蓄積能力を必要とする。
【0089】
この結果、図20の左側に垂直に並ぶPD8a乃至8dは、時刻t33乃至t134の期間に高感度の撮像をすることになり、時刻t134乃至時刻t138の期間に低感度の撮像することになる。一方、図20中右側に並ぶPD8e乃至8hは、時刻t33乃至t134の期間に低感度の撮像をすることになり、時刻t134乃至時刻t138の期間に高感度の撮像することになる。
【0090】
結果として、上記の図3に示すような移動する物体15を撮像した場合、全体として暗い画像であるとき、PD8a乃至8hは、それぞれの高感度の撮像タイミングで物体15を撮像することになる。すなわち、PD8a乃至8dは、時刻t33乃至t134の期間(図25(E))に、図26(A)に示すように、物体15a'が物体15c'に移動する画像を撮像し、PD8e乃至8hは、時刻t134乃至時刻t138の期間(図25(F))に物体15c'が物体15b'に移動する画像を撮像することになる。従って、このように隣接するPD8a乃至8dとPD8e乃至8hにより撮像される画像を合成することにより、図26(B)に示すような画像が得られることになる。
【0091】
また、全体として明るい画像であるとき、PD8a乃至8hは、それぞれの低感度の撮像タイミングで物体15を撮像することになる。すなわち、PD8a乃至8dは、時刻t134乃至t138の期間(図25(F))に、図27(A)に示すように、物体15a"が物体15c"に移動する画像を撮像し、PD8e乃至8hは、時刻t33乃至時刻t134の期間(図25(E))に、物体15c"が物体15b"に移動する画像を撮像することになる。従って、このように隣接するPD8a乃至8dとPD8e乃至8hにより撮像される画像を合成することにより、図27(B)に示すような画像が得られることになる。
【0092】
このように、撮像することにより、時々刻々と光強度が変化するような動画のシーンにおいても、あらゆる感度で正確な撮像をすることができる。
【0093】
尚、以上においては、OR型のCCDイメージセンサ24の場合について説明してきたが、AND型のCCDイメージセンサであっても良い。また、以上の説明では、PD8の蓄積電荷の制御には、読出しパルスのみを使用してきたが、基板電圧制御信号のパルスを使用するようにしてもよい。
【0094】
さらに、以上の例においては、PD8の感度(露出時間)の変化のパターンを2段階に分ける場合について説明してきたが、PD8の感度の変化のパターンの数をさらに増やすようにすることもでき、例えば、4段階の変化のパターンに分けるように制御することもできる。
【0095】
次に、PD8を4段階の感度の変化のパターンに制御する例について説明する。図28は、CCDイメージセンサ24が、AND型であるときのSVEモードの露出動作により、PD8の感度のパターンを4段階に制御するときのタイミングチャートである。
【0096】
ここで、図28(A)は、CCDイメージセンサ24の動作内容を示している。図28(B)は、タイミングジェネレータ36から出力された垂直同期パルスを示している。図28(C)は、タイミングジェネレータ36から出力された水平同期パルスを示している。図28(D)は、基板電圧制御信号を示している。図28(E)は、シャッタ21の開閉タイミングを示している。図28(F)乃至図28(K)は、第1相電源1、第2相電源2a,2b,2c、第3相電源3a,3bから出力される読出しパルスと転送パルスを示している。
【0097】
露出動作が、時刻t33において、開始されると、全てのPD8で電荷の蓄積が開始される。図29は、PD8毎の電荷の蓄積の様子を示している。ここで、図29(A)は、CCDイメージセンサの動作内容を示している。図29(B)は、タイミングジェネレータ36から出力された垂直同期パルスを示している。図29(C)は、タイミングジェネレータ36から出力された水平同期パルスを示している。図29(D)は、基板電圧制御信号を示している。図29(E)乃至図29(H)は、PD8a,8e,8b、および、8fが蓄積している電荷量を示している。
【0098】
図28(I),図28(J)に示すように、1個目の垂直同期パルスが出力される直前の時刻t151に、第2相電源2cと第3相電源3aから読出しパルスを出力させると、第2相電極5b,5dと第3相電極6b,6dに接続された、PD8bから電荷が出力される。従って、図29(G)に示すように、1Qの電荷が、PD8bより垂直転送CCD7に読み出される。
【0099】
図28(G),図28(H),図28(K)に示すように、2個目の垂直同期パルスが出力される直前の時刻t152に、第2相電源2a,2bと第3相電源3bから読出しパルスを出力させると、第2相電極5a,5cと第3相電極6a'に接続された、PD8eから電荷が出力される。従って、図29(F)に示すように、2Qの電荷が、PD8eより垂直転送CCD7に読み出される。
【0100】
以下、第2相電源2cと第3相電源3aから読出しパルスが出力される時刻t153,t156,t18において、PD8bから電荷がそれぞれ、2Q、4Q、9Qずつ出力される。また、第2相電源2a,2bと第3相電源3bから読出しパルスが出力される時刻t155,t162,t18において、PD8eから電荷がそれぞれ、4Q、9Q、1Qだけ出力される。さらに、第2相電極2a,2bと第3相電極3aから読出しパルスが出力される時刻t154,t160,t161、および時刻t18において、PD8aから電荷がそれぞれ、4Q、9Q、1Q、および、2Qだけ出力される。また、第2相電極2cと第3相電極3bから読出しパルスが出力される時刻t157,t158,t159、および時刻t18において、PD8fから電荷がそれぞれ、4Q、9Q、1Q、および、2Qだけ出力される。
【0101】
尚、上述の例においては、PD8の電荷の変位を説明するのに、PD8a,8b,8e、および8fについて説明してきたが、上記の制御により、PD8a,8b,8e、および8fからなる2行×2列の変化のパターンで、全てのPD8が制御されることになる。すなわち、PD8c,8d,8g、および、PD8hにより構成される2行×2列のPD8においても、同様なパターンとなる。
【0102】
次に、図30を参照して、以上のようなCCDイメージセンサ24により生成された画像信号を処理するDSP27について説明する。
【0103】
DSP27のキャプチャイメージデータストレージ81は、CCDイメージセンサ24で取り込まれ、CDS回路25、A/D変換回路26で処理された画素データIcを格納する。スイッチ82は、CPU34により制御され、SVEモードのとき、端子82aに接続されることにより、キャプチャイメージデータストレージ81に記憶された画像データIcを平均化演算器83に出力し、normalモードのとき、端子82bに接続されることにより輝度補正処理部86に出力する。
【0104】
平均化演算器83は、SVEモードにおいて、キャプチャイメージデータストレージ81に格納された画素データIcのうち、隣接する2つの画素データIcを読み込み、その平均値を演算し、ポジションジェネレータ84からの座標データにより画素データIi(x,y)を生成して輝度補正処理部86に出力する。
【0105】
ポジションジェネレータ84は、DSP27に読み込まれた画素データIcのx,y方向の座標のカウンタを内蔵しており、これにより画素位置を順次生成する。尚、平均化演算器83および輝度補正処理部86のいずれにも供給するのは、Normalモードでは、輝度補正処理部86に供給し、SVEモードでは平均化演算器83に供給するためである。
【0106】
LUT(Look-up table)85は、キャプチャイメージデータストレージの画素データIc、または、平均化演算器83により演算された画素データIiにガンマ補正処理を実行するためのデータを格納している。
【0107】
輝度補正処理部86は、キャプチャイメージデータストレージ81に格納されている画素データIc、または、平均化演算器83から入力される画像データIiから、LUT83を参照して、ガンマ補正した画素データIo(x,y)を生成し、出力画素データストレージ87に画素データIo(x,y)を出力する。
【0108】
次に、図31のフローチャートを参照して、Normalモード時のDSP27の動作について説明する。尚、以下の説明においては、画像の幅をxSize、高さをySizeとし、各画素の縦横を1として表示するものとする。また、各画素の座標は、その中心とする。すなわち、例えば、画像の左下を原点とすれば、左下の画素の座標は、(0.5,0.5)となる。また、画素データは、CCDイメージセンサ24の各PD8により取得されたデータであるものとする。
【0109】
ステップS1において、露出モード切替スイッチ43が“normal”の位置にセットされた時点で、スイッチ82が端子82bに接続される。
【0110】
ステップS2において、ポジションジェネレータ84は、内蔵するx,yのカウンタ値を、それぞれ0.5に初期化する。ステップS3において、輝度補正処理部84は、キャプチャイメージデータストレージ81に記憶されている画素データIcを読出し、ポジションジェネレータ84より生成される座標情報を合成させて、画素データIc(x,y)を生成する。すなわち、例えば、最初に出力されるデータは、画素データIc(0.5,0.5)ということになる。
【0111】
ステップS4において、輝度補正処理部86は、画素データIc(x,y)の輝度値に対応するガンマ補正用のデータをLUT85より読み出す。ステップS5において、輝度補正処理部86は、LUT85より読み出した補正データに基づいて、画素データIc(x,y)にガンマ補正を施し、出力画素データIo(x,y)を生成し、画素データストレージ87に出力する。
【0112】
ステップS6において、ポジションジェネレータ84は、内蔵されているxのカウンタ値を1だけインクリメントする。ステップS7において、ポジションジェネレータ82は、x>xSize−0.5であるか否かを判定する。すなわち、xのカウンタ値が、画像の幅方向の最大値を越えたか否かを判定し、xがxSize−0.5を超えていないと判定した場合、その処理は、ステップS3に戻る。
【0113】
ステップS7において、xのカウンタ値がxSize−0.5を超えたと判定された場合、ステップS8において、ポジションジェネレータ84は、xのカウンタ値を0.5に戻す。ステップS9において、ポジションジェネレータ82は、yのカウンタ値を1だけインクリメントする。ステップS10において、ポジションジェネレータ82は、y>ySize−0.5であるか否か、すなわち、yのカウンタ値が、画像の高さ方向の最大値を超えたか否かを判定し、超えていないと判定した場合、その処理は、ステップS3の処理に戻りそれ以降の処理が、繰り返される。ステップS10において、yがySize−0.5を超えたと判定された場合、その処理は終了される。
【0114】
以上のように、“normalモード”におけるDSPの処理は、各画素について、LUT85を用いて、ガンマ補正を施して出力するものである。
【0115】
次に、図32のフローチャートを参照して、SVEモード時のDSP27の動作について説明する。
【0116】
ステップS21において、露出モード切替スイッチ43が“SVE”の位置にセットされた時点で、スイッチ82が端子82aに接続される。
【0117】
ステップS22において、ポジションジェネレータ84は、内蔵するx,yのカウンタ値を、それぞれ0.5に初期化する。ステップS23において、平均化演算器83は、キャプチャイメージデータストレージ81に格納された画素データIc(x,y)と、隣接する画素データIc(x+1,y)を読み出す。
【0118】
ステップS24において、平均化演算器83は、画素データIc(x,y)と、画素データIc(x+1,y)の平均値(=1/2×(Ic(x,y)+Ic(x+1,y)))を求めて、新たな画素データIi(x,y)として生成し、輝度補正処理部86に出力する。
【0119】
ステップS25において、輝度補正処理部86は、画素データIi(x,y)の輝度値に対応するガンマ補正用のLUTデータをLUT85より読み出す。ステップS26において、輝度補正処理部86は、LUT85より読み出したLUTデータに基づいて、画素データIi(x,y)にガンマ補正を施し、出力画素データIo(x,y)を生成し、画素データストレージ87に出力する。
【0120】
ステップS27において、ポジションジェネレータ84は、内蔵されているxのカウンタ値を1だけインクリメントする。ステップS28において、ポジションジェネレータ82は、x>xSize−1.5であるか否かを判定する。すなわち、xのカウンタ値が、画像の幅方向の最大値を越えたか否かを判定し、xがxSize−1.5(x方向に隣接する画素が存在する座標位置がx方向の最大値となるので、xの最大値は、xSize−0.5ではない)を超えていないと判定した場合、その処理は、ステップS23に戻る。
【0121】
ステップS28において、xがxSize−1.5を超えたと判定された場合、ステップS29において、ポジションジェネレータ84は、xのカウンタ値を0.5に戻す。ステップS30において、ポジションジェネレータ84は、yのカウンタ値を1だけインクリメントする。ステップS31において、ポジションジェネレータ82は、y>ySize−0.5であるか否か、すなわち、yのカウンタ値が、画像の高さ方向の最大値を超えたか否かを判定し、超えていないと判定した場合、その処理は、ステップS23の処理に戻りそれ以降の処理が、繰り返される。ステップS31において、yがySize−0.5を超えたと判定された場合、その処理は終了される。
【0122】
このように、“SVEモード”におけるDSPの処理は、各画素について、隣接する画素との平均を求めた後、LUT85を用いて、ガンマ補正を施して出力するものである。
【0123】
以上においては、第2相電極を3相に分け、第3相電極を2相に分けた場合について説明してきたが、第2相電極および第3相電極を、それ以上に複数に分けるようにして、さらに、多くの感度のパターンを生成するようにしても良い。
【0124】
以上によれば、隣接する画素(PD8)毎に露出のタイミングを変化させて、画像を撮像するようにしたので、動画のように時々刻々と光量が変化する画像を正確に撮像することが可能となる。
【0125】
【発明の効果】
本発明の撮像装置および方法によれば、受光素子により蓄積された電荷を読み出し、受光素子が光を受光している期間に、任意のタイミングで、受光素子により蓄積された電荷を、読み出させるように制御するようにしたので、隣接する画素毎に露出のタイミングを変化させて、画像を撮像することができ、動画のように時々刻々と光量が変化する画像を正確に撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のCCDイメージセンサの電気的構成を示す図である。
【図2】従来のCCDイメージセンサによる電荷の蓄積を示す図である。
【図3】従来のCCDイメージセンサにより撮像した、動く物体の画像の例を示す図である。
【図4】従来のCCDイメージセンサにより撮像した、動く物体の画像の例を示す図である。
【図5】従来のCCDイメージセンサにより撮像した、動く物体の画像の例を示す図である。
【図6】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブロック図である。
【図7】図6の操作部を示す図である。
【図8】図6のデジタルスチルカメラのアクションモードを説明する状態図である。
【図9】図6の操作部を示す図である。
【図10】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブロック図である。
【図11】図6の操作部を示す図である。
【図12】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブロック図である。
【図13】図6の操作部を示す図である。
【図14】本発明を適用したデジタルスチルカメラのブロック図である。
【図15】図6のデジタルスチルカメラの露出モードを説明する状態図である。
【図16】図6のCCDイメージセンサの電極構成を示す図である。
【図17】図6のCCDイメージセンサの電極構成を示す図である。
【図18】図6のCCDイメージセンサの電極構成を示す図である。
【図19】図6のCCDイメージセンサの電気的構成を示す図である。
【図20】図6のCCDイメージセンサの電気的構成を示す図である。
【図21】図6のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図22】図6のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図23】図6のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図24】図6のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図25】図6のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図26】図6のCCDイメージセンサにより撮像された、動く物体の画像の例を示す図である。
【図27】図6のCCDイメージセンサにより撮像された、動く物体の画像の例を示す図である。
【図28】図6のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図29】図6のCCDイメージセンサの動作を説明するタイミングチャートである。
【図30】図6のDSPの構成を示すブロック図である。
【図31】 NormalモードでのDSPの処理を説明するフローチャートである。
【図32】 SVEモードでのDSPの処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
1 第1相電源,2,2a,2b,2c 第2相電源,3,3a,3b 第3相電源,4,4a乃至4d 第1相電極,5,5a乃至5d 第2相電極,6,6a乃至6d 第3相電極,7,7a,7b 垂直転送CCD,8,8a乃至8l PD,9 水平転送CCD,21 レンズ,22 絞り,23 CCDイメージセンサ,24 CDS,26 DSP,33 CPU,35 タイミングジェネレータ,41 キャプチャボタン,42 アクションモード切替スイッチ,43 露出モード切替スイッチ,61,61a乃至61h 転送ゲート
Claims (3)
- イメージセンサを用いた撮像装置において、
光を受光し、受光した光を光電変換して電荷を蓄積する複数の受光素子と、
前記受光素子により蓄積された電荷を読み出す読出し手段と、
前記受光素子毎に、前記受光素子が光を受光している期間を、任意の時間の組み合わせとなるように分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出し手段に読み出させるように制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、隣接する受光素子の組について、相互に前記任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、前記受光素子が光を受光している期間を分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出し手段に読み出させるように制御する
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記読出し手段により読み出された電荷を、垂直方向に転送する垂直転送手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記垂直転送手段による電荷の転送を停止させるように制御し、かつ、隣接する受光素子の組について、相互に前記任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、前記受光素子が光を受光している期間を分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出し手段に読み出させるように制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 光を受光し、受光した光を光電変換して電荷を蓄積する複数の受光素子を備えるイメージセンサを用いた撮像装置の撮像方法において、
前記受光素子により蓄積された電荷を読み出す読出しステップと、
前記受光素子毎に、前記受光素子が光を受光している期間を、任意の時間の組み合わせとなるように分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出しステップの処理で読み出させるように制御する制御ステップとを含み、
前記制御ステップの処理は、隣接する受光素子の組について、相互に前記任意の時間の組み合わせの順序が異なるように、前記受光素子が光を受光している期間を分割し、分割された期間毎に、前記受光素子により蓄積された電荷を、前記読出しステップの処理で読み出させるように制御する
ことを特徴とする撮像方法。
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